SNOPOST: De nouvelles méthodes de télédétection du manteau neigeux étudiées durant la campagne SnowEx de la NASA

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Publié le 3 mai 2021

Le retour des températures printanières dans l'hémisphère nord fait fondre la neige accumulée durant les mois d'hiver, libérant dans les ruisseaux, rivières et océans de la planète une eau douce indispensable à plus d'un milliard de personnes dans le monde. Estimer la quantité d'eau stockée dans le manteau neigeux de notre planète est donc essentiel mais aussi particulièrement difficile (voir cet article).

Avec pour objectif la conception d'une future mission satellitaire de mesure de la quantité de neige sur Terre, la NASA a organisé deux campagnes de terrain intensives au cours des hivers 2018 et 2020. Ces campagnes, font partie du programme SnowEx et ont été menées à Grand Mesa, un vaste plateau de haute altitude (environ 3500 m) dans le centre du Colorado aux États-Unis. Une équipe internationale de chercheurs spécialisés en nivologie et en télédétection ont collecté un ensemble de données aériennes et de terrain afin de pouvoir étudier et comparer de nouveaux concepts de télédétection de la masse neigeuse.

Traversée du plateau de haute altitude de Grand Mesa dans le Colorado en motoneige pendant la campagne SnowEx 2020 de la NASA. Pendant la traversée, des mesures de l'épaisseur de la neige sont recueillies par un capteur radar monté sur la motoneige.

Dans le cadre du projet STEREO SNOPOST, des chercheurs de la KULeuven ont participé à ces deux campagnes. Ils ont notamment récolté des observations in situ de l'épaisseur de la neige grâce à un capteur RADAR embarqué sur une motoneige, ainsi que des propriétés détaillées du manteau neigeux dans des puits de neige.

Mesures des propriétés détaillées du manteau neigeux dans une fosse à neige pendant la campagne SnowEx2020: profondeur de la neige, stratigraphie ou stratification du manteau neigeux, taille et la forme des grains de neige, température, teneur en eau liquide, densité et surface spécifique. Plus loin, des mesures de transects de l'épaisseur de la neige et des propriétés de la couche de neige sont recueillies à l'aide d'un micro-pénétromètre.

Les travaux effectués dans le cadre du projet SNOPOST ont permis aux chercheurs belges de développer une nouvelle méthode de mesure de l'épaisseur de neige qui a fait l'objet d'une publication dans la revue Nature Communications.

Ces nouvelles estimations satellitaires inédites ont permis de constituer le premier ensemble de données spatiales d'épaisseur de neige dans les chaînes de montagnes.

Exemple d'estimation de l'épaisseur de la neige à une résolution spatiale de 300 m dans les Alpes européennes.

Mais les observations par télédétection ont révélé leurs limites. Elles sont par exemple moins précises dans la neige peu profonde avec un signal de neige relativement faible, dans la neige humide qui provoque l'absorption du signal et dans les régions boisées où le signal est obscurci par les arbres. Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs ont fusionné les observations satellitaires avec des estimations provenant de simulations de modèles grâce à une technique appelée assimilation de données. Les deux types de données sont combinées de manière optimale, en attribuant un poids plus élevé à l'une ou l'autre en fonction de leurs incertitudes. Par exemple, un poids plus important peut être attribué aux simulations du modèle en cas de neige peu profonde ou humide ou en cas de végétation dense.

Le projet SNOPOST a donc permis d'améliorer notre connaissance du manteau neigeux des montagnes grâce au développement d'une nouvelle méthode d'extraction d'observations à partir des données satellitaires Sentinel-1 et grâce à la combinaison de ces observations avec les simulations de modèles.

Ces avancées peuvent à l'avenir être très utiles à toute une série d'applications, telles que la gestion de l'eau, la prévision des risques (inondations et avalanches) et les prévisions météorologiques.